议钢材矫直过程中闭环控制研究

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摘要：莱钢大H型生产线矫直机区域是整条生产线的核心区域，其性能的优劣直接影响到产品的合格率。其主要功能是将冷床传输过来的产成品钢材进行物理矫直，以达到成品的要求。本方从其控制方式和系统组成上对FM458的使用和技术要点作了详细介绍。

关键词：FM458；硬件编址；高速访问；闭环控制

1.前言

在现在的钢材生产线中，很多生产厂家在矫直机控制上采用传统的西门子程序，但由于矫直系统往往是作为一个钢材生产线的最后一个成品环节，矫直机控制的优劣与产品的尺寸达标程度密切相关，传统的矫直系统在控制上一般采用单PLC400或300控制方式，在每一道次的控制上，都由一个PLC控制。这种控制方式往往在控制精度上达不到理想化的要求，且矫直系统一般要求要有相应快，控制误差小等特点，单一的PLC控制方式一般达不到这种要求。FM458是一种高速模板，其本身就具有处理数据和运算的功能，在功能上等价成一个PLC400类型的CPU。FM458应用模块专为SIMATICS7-400站中的高动态性能闭环控制和技术应用而设计，可根据需要采用为：开环控制，闭环控制和运动控制；

莱钢大H型生产线矫直机采用PLC400与FM458一起共同组成了一个控制系统，并将FM458模板作为现场控制输出与输入的中间模板，大大提高了控制系统的反应时间和控制精度，在现代化的轧钢生产线中有着较广泛的意义。

2.系统组成

2．1硬件组态

在硬件组态上我们选用西门子的S7400的CPU，设计上我们让其主要控制数据传输，模式转换等工作。

组态表如下：

1、CPU416PLC400系列

2、CP模板通讯模板

3、FM458自带运算功能cpu

4、DP模板（FM458自带）DP通讯块

5、EXM438扩展通讯模板（I/O模板1）

6、EXM438扩展通讯模板（I/O模板2）

对于FM458模板来说，可选的PLCCPU可以从412系列到417系列。

对于不同的CPU来说FM458可能需要一些更新，更新的主要步骤如下：

a、用STEP7和编程设备将更新文件传送到空白MMC。

b、将FM458-1DP断电并插入包含FW更新的MMC。

c、上电。FM458-1DP自动检测包含FW更新的MMC并启动FW更新。

在FW更新期间，所有LED均亮起。FW更新完成后，STOPLED将闪烁。

d、将FM458-1DP断电，并拆除包含FW更新的MMC。更新后的FM458就可以投入使用了。在上述的硬件配置中FM458是通过LE总线与EXM438来通讯的。

硬件CPU416是作为主站控制CPU来运行的，FM458模块从属于主站，并与主站和DP网通讯。

在通讯上每个EXM438下挂了四个绝对值编码器，分别为第二组，第四组，第六组和第八组。

2．2FM458的通讯方式

A、FM458与CPU的通讯

FM458和SIMATICCPU（当然也包括416）之间的通讯有三种方式，

1、通过过程中断技术可以与SIMATIC－CPU交换4个字节的数据。

2、通过SIMATICI/O的访问方式可以交换128个字节的数据。

3、通过数据集和数据块的方式可以交换大量字节的数据。

大H型钢矫直机系统数据量较大，所以我们采用第三种方式，数据集传输方式，这种方式要先通过一个虚拟联接。

在FM458-1DP上按如下3个步骤组态该连接类型：

1.建立连接：

组态中央通讯块@CPB（从“SpezKomm”块系列中）以初始化并监视数据集连接。

2.定义发送和接收数据集：

必须为每个数据集（报文）组态功能块：

要接收的CRV。

要发送的CTV。

CRV/CTV连接处的数据/输入：CTS=FM4581DP.P_B连接已连接到P总线耦合模块，

CFC输入：

标记CTS/鼠标右键/连接到操作数。已组态的模块名称（默认为“FM4581DP”）显示在要连接模块的选择列表中。AR/AT=‘channelname.datasetnumber”任何名称（最多6个字符）和由点分隔的数据集（对应于SCF58/59调用中的RECNUM信息/数据）。值范围：2到127对于发送和接收数据集如果使用多个数据集，则通道名称必须唯一，即它们必须各不相同。

3.为数据集分配处理数量：

如果通过“向地址插入连接”对话框将标记的块输出和输入连接到数据集/报文，则将发送标记的块输出并从接收数据集中提供输入。将联合所有具有该名称的虚拟连接以形成数据集。仍须为每个值（连接）指定顺序编号。仅指定数据集中关联值的顺序，而不是绝对位置。

对于CFC代码编译，与数据集关联的数据以递增顺序排列在存储器中。例如，顺序编号的分配可存在间隙，以便可以方便且连续地插入数据。

与“通过外设访问进行数据传送”相反，对于虚拟通讯，将始终连打包数据，无任何间隙。组态工程师必须通过谨慎地分配顺序编号，确保将数据保存为字或双字限制，以获得高处理速度。顺序编号不提供关于地址的信息，也不指定偏移量。如果S7程序需要数据集（例如以字节为单位）中值的偏移量，则可根据先前所有已定位值的总和，并在考虑到其数据类型（INT类型的长度为2，REAL/DINT类型的长度为4）计算得出。

B、FM458与PROFIBUS－DP的通讯

FM458与PROFIBUS-DP的通讯主要有以下特性

主站

FM458-1DP通讯模块可在PROFIBUS上单独（单机）工作，也可与其他主站一起进行所主站操作。

共享输入

仅为每个连接到PROFIBUSDP的从站分配一个主站（参数化主站），并且从站最初只能与该主站进行通讯。其他主站可以使用“享输入”读取从站输入数据。FM458-1DP作为主站和从站支持此功能。

时钟周期同步

FM458-1DP及其用户程序可与PROFIBUS时钟周期同步。从站到从站通讯组态的从站相互之间可“直接”交换数据而不用FM458-1DP中进行组态。

数据长度在每个方向上可对于每个从站最多传送244字节。一致性报文内的数据始终保持一致。

DP编址方式

在与DP总线联接通讯过程中主要的技术要点是CFC块的编址，编址方法如下：

1、通道名称

最多8个字符ASCII字符，“@除外所有在接口X3处访问FM458-1DP的传送块和接收块的通道名称必须不同（“Multiple”数据传送模式除外）。对于PROFIBUSDP，通道名称没有任何特殊含义。在通道名称后输入“.”。

2、地址阶段1

将从站PROFIBUS地址指定为地址阶段1。对每个传送和接收通道，仅可分配一次从站PROFIBUS地址。值范围：0,3-1233...123：寻址外部从站。在地址阶段1后输入“.”。

3、地址阶段2：

最多由2个字符组成。第1个字符：字节请求

“1”：标准PROFIBUS设置以“Motorola格式”（最字节之前）传送数据。高字节在最低“0”:例外设置以“Intel格式”（最低字节在最高字节之前）传送数据。该设置可用于使用Intel格式进行内部数据管理的通讯伙伴（例如SIMATICTDC）。

第2个字符：可选，仅接收器“R”：第二个主站读取数据即实现访问。仅可为接收通R”。

2．3控制流程

大H型钢矫直机的FM458分别与主站CPU下挂的各种元件进行通讯用上面所述的第一种方式进行数据变换，这种交换方式下主要传输的是从二级系统传来的各种设备的物理参数以及在矫直过程所需的各种设定参数，并通过DB块作为接收和发送的缓存区。主要数据如下：

①矫直辊的设备参数，液压缸的设备参数，轴向的最大行程。

②1至9号辊的轴向设定参数与实际数值。

③2，4，6，8号辊的DS侧与OS侧设定压下值与实际值。

④现场各种元件到位信号与动作输出。

⑤2，4，6，8号辊的现场设定压力值与实际值。

数据是通过DB块来进行传输的，实现了FM458与CPU通过P总线的通讯，属于上面所说的第一种通讯方式。

对于由FM458自带的DP总线和EXM438的访问则是通过上述第二种通讯方式。

①DP线上挂载了1到9号辊的轴向编码器。

②两个机架横移编码器，三个ET200站。

③两个EXM438上分别挂载了2和4号辊，6和8号辊的两侧的8个压下编码器。

④8个压下压力传感器，和8个两侧压下伺服阀

控制流程图如下：

由于矫直机系统应用了FM458使其具有了响应时间更快，检测更精确的特点，从精轧机轧出的钢材可以通过矫直机最大程度的保证了产品的一次合格率，系统自投产以来运行稳定，没有出现FM458所导致的故障出现。

3．总结

利用FM458的高速特性可以在现有PLC系统中获得更高精度的控制工艺，可以提高产品的尺寸合格率，在现场线性位置或者其它检测元件要求精度很高的区域尤为重要，且由于FM458为西门子自带产品，具有很高有的兼容性，避免了耦合而出现的问题，在现代化的工业控制过程中具有极高的发展前景。